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城市狭窄空间深基坑支护设计

期刊目录网工业设计论文发表2019-10-09 09:43关注(1)

  在城市狭窄空间复杂条件下采用构筑导梁锚杆静压型钢的高压旋喷桩内插型钢基坑支护型式,能有效地控制了基坑开挖引起的位移,确保基坑周边环境安全。本文结合南京某深基坑工程,介绍其设计方案,为在城市狭窄空间复杂条件下的类似深基坑工程的设计和施工提供了借鉴。

城市狭窄空间深基坑支护设计

  【关键词】狭窄空间;导梁;锚杆静压型钢;侧向刚度

  随着城市建设的发展,高层建筑也越来越多,随之而来的地下车站、多层地下室、人防工程等地下结构工程大量出现。城市深基坑工程开挖深度不断变大,且越来越多的深基坑处于市中心等复杂环境中,使得城市深基坑工程具有挖深较大、施工操作场地小、围护结构施工及土方开挖难度大等特点。基坑工程中的“狭窄空间”是指施工场地红线范围内的地下及地上空间比较狭窄。城市建设中规划过程中最大限度地利用了城市中心有限的地下空间,使得基坑周围的空间越来越狭窄,如何科学合理地利用成熟的技术,并力求经济、安全、高效的最佳组合是深基坑设计与施工的新的挑战和更高的要求。本文以南京某深基坑工程案例为背景,对城市狭窄空间复杂条件下深基坑支护设计和施工深入研讨,并由此获得可供借鉴的城市狭窄空间复杂条件下地下空间的开挖和利用。

  1工程概况

  工程位于南京市鼓楼区宁海路,原结构为砖混结构民国建筑,地上2层(顶层有阁楼)、砖砌条形基础。本次修缮改造须保留主体建筑外墙,拆除所有内墙和加建部分,同时增设一层地下室。为确保主体建筑外墙安全,墙体采用双面木工板固定,上部结构采用型钢进行加固处理,基础采用树根桩进行托换。基坑面积约224.8m2,基坑周长约63.4m,基坑开挖深度为4.70~4.85m。

  1.1周边环境

  基坑东侧及北侧为市政道路,道路下埋有较多市政管线,基坑东北角有两颗树木需要保护。基坑南侧及西侧为二层民国建筑,砖混结构,基坑距建筑红线约2.0m。地下室边线与用地红线的距离近,且基坑内存在托换建筑物,基坑四周紧邻已有建筑物且地下管线密集,施工场地非常之狭窄。深基坑围护需要采取合理有效的方式以满足环境保护的要求(图1)。

  1.2地质概况

  本场地地貌类型属河流漫滩地貌单元,地基土成因主要为冲积成因。场地地形地势较为平坦。本次勘察实测勘探孔孔口高程10.31~10.59m。根据勘察报告,本基坑开挖深度影响土层地质情况如下:①层填土:褐灰色,松散,不均匀,混有少量混凝土块等建筑垃圾,高压缩性,填龄约10~20年。②-1层粉质粘土:灰褐色,局部黏性土,混有少量的铁锰质氧化物,韧性中等,干强度中等,切面稍光滑。软塑~可塑,中等压缩性,强度不高,工程地质性质一般,普遍分布在场地内。②-2A层粉土:部分夹薄层黏性土,灰黄色,无光泽反应,中等摇震反应,韧性低,干强度低,中密,压缩性中等,强度一般,工程地质性质一般,普遍分布在场地内。②-2层粉质粘土夹粉土:流塑~软塑,中等干强度,较低韧性,切面稍微光滑,夹层为粉土,层厚约5~20mm,无光泽反应,摇震反应中等,韧性低,干强度低,稍密,中高压缩性,强度较低,工程地质性质较差,普遍分布在场地内。②-3层粉质粘土:青灰色,流塑~软塑,局部夹薄层粉土,中偏高压缩性,工程地质性质较差,普遍分布在场地内。

  1.3水文地质

  拟建场地地下水主要为表层孔隙潜水。潜水主要存在于填土层,地下水位受大气降水补给影响,由蒸发、地下迳流排泄。勘察期间实测初见水位埋深1.55~1.95m;稳定水位埋深1.05~1.50m。

  2设计方案

  2.1方案选型

  本基坑开挖深度4.70~4.85m,基坑存在托换的建筑,基坑周边环境复杂,且地下室外墙距用地红线近,施工空间狭窄,大型机械无法施工。基坑支护形式有人工挖孔桩、高压旋喷桩内插型钢等。人工挖孔桩施工方便、速度较快、不需要大型机械设备,支护桩间设置高压旋喷桩进行止水。由于基坑开挖深度范围内存在②-2A层粉土、流塑~软塑、②-2层粉质粘土夹粉土,且人工挖孔桩距围墙近,施工难度大。SMW工法桩施工设备简易、占用空间比较小、施工速度快,且本身可止水。高压旋喷桩内插型钢支护是对型钢水泥土复合挡土墙工法(简称为SMW工法)的革新。复杂狭小的施工现场,大型机械无法施工型钢,本工程锚杆静压桩原理插入型钢,型钢采取分段焊接。综合考虑本工程开挖深度、基坑面积、施工场地狭窄以及对基坑周边环境保护的要求等因素,该工程支护结构采用构筑导梁采用锚杆静压型钢的高压旋喷桩内插型钢支护型式。

  2.2高压旋喷桩内插型钢设计

  基坑支护采用高压旋喷桩内插H500x20010x16型钢支护,型钢采用插二跳一型式,型钢有效桩长12.0m,其桩长根据支护结构内力、变形计算和稳定性验算后综合确定。高压旋喷桩的入土深度比型钢的插入深度深0.5~1.0m,且进入不透水土层不小于1.0m。基坑东南侧阳角位置设置H400x400型钢内支撑。冠梁截面尺寸1400x700mm,考虑型钢插入,冠梁采用二次浇筑施工。型钢两侧先施工导梁400x700,导梁上部根据每根型钢位置预埋4根M27锚杆,便于安装反力架,通过在导梁上埋设锚杆固定压桩架,以导梁自重荷载作为压桩反力,用千斤顶将型钢逐段压入高压旋喷桩内。为了便于型钢施工,型钢分段结合型钢自重便于人工起吊和插入,型钢拼接采用焊接连接,焊接采用等强度焊接,相邻型钢的接头竖向位置相互错开,错开距离不小于1.0m。考虑基坑面积小,坑内存在托换建筑,为了便于土方开挖,坑内应尽量少布置支撑,考虑到基坑冠梁截面大,设计时考虑基坑空间效应及冠梁刚度,仅在基坑东南侧阳角位置设置H400x400型钢内支撑。

  2.3计算分析

  采用理正深基坑软件(7.0版)进行该项目的计算,假定条件如下。(1)挡土结构采用平面杆系结构弹性支点法分析变形和内力,并通过实际的施工工况模拟,对不同工况下的内力和变形进行计算。(2)超载:地面附加荷载一般取20kPa,按每层15kPa计算建筑物超载。(3)土压力计算采用朗肯土压力理论,坑外迎土面的土压力取主动土压力,水土分算的土层为②-2A层粉土,采用水土合算计算其余黏土层。冠梁水平侧向刚度通过对冠梁结构整体进行弹性结构分析得出的支点力与水平位移的关系确定,通过计算冠梁水平侧向刚度K=11.76MN/m。计算可得:支护桩最大水平位移10.60mm,基坑内侧最大弯矩85.51kNm,基坑外侧最大弯矩23.18kNm,最大剪力40.47Kn,支护结构内力包络图(图3)。根据计算结果,支护结构的受力和变形均满足规范要求,支护结构采用高压旋喷桩内插型钢是合理可行的。

  2.4降水处理

  根据本场地地质条件及场地狭小等因素,对基坑地下水采取以下措施处理。(1)为保证土方顺利开挖、地下室结构施工。基坑降水采用轻型井点进行疏干,井管长度6.0m,间距1.0m,每30m布置一组井点泵系统。(2)通过在支护结构顶部做截水沟的方式,疏排大气降水和地表水。

  2.5基坑监测

  施工现场的监测、反馈信息是控制变形、保护环境的有效手段,项目委托了第三方专业监测单位在整个施工过程中对周边环境和围护结构进行了全面的跟踪监测。包括以下监测内容:桩顶的竖向和水平位移、深层水平位移、基坑周边建筑物、地下管线、道路沉降、地下水位等,基坑开挖到底,基坑变形及建筑物沉降均在可控范围,其水平变形最大值12.3mm.

  3结束语

  该工程位于南京市区,周边建筑物密集,环境保护要求高,地质条件复杂。采用构筑导梁锚杆静压型钢的高压旋喷桩内插型钢进行基坑支护,基坑开挖引起的位移得到了有效的控制,并确保能安全、经济、合理的进行土方开挖。该工程现已施工结束,监测数据表明基坑开挖产生的位移值均符合规范要求,亦未对市政管线和周边建筑的安全产生影响,这说明该工程的设计是安全合理的。同时也为城市狭窄空间复杂条件下的深基坑工程设计的提供了参考和借鉴。

  参考文献

  [1]JGJ120-2012基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

  [2]JGJ/T199-2010型钢水泥土搅拌墙技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.

  [3]包建平,黄留新.高压旋喷桩内插H型钢在支护工程中的应用.江苏地质,2006(4):280-282.

  [4]郭玟,王浩然,翁其平,朱林标.城市狭窄环境下深基坑工程的设计与监测设计.地下空间与工程学报,2009(5):1660-1666.

  作者:张邦通 王步翔 单位:泛华建设集团有限公司南京设计分公司 中冶华天工程技术有限公司

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